福建永定興鑫100萬t/a水泥粉磨站的設(shè)計(jì)與達(dá)標(biāo)
合肥水泥研究設(shè)計(jì)院 王美園 蔡其生 (230051)
福建省永定興鑫水泥有限公司為滿足市場需求，于2003年新建一條2500t/d新型干法水泥生產(chǎn)線，與之配套，同時(shí)新建年產(chǎn)100萬噸水泥粉磨站。粉磨站設(shè)計(jì)由合肥水泥研究設(shè)計(jì)院承擔(dān)，采用HFCG輥壓機(jī)+SF打散分級機(jī)+開流高細(xì)高產(chǎn)篩分磨的新型聯(lián)合粉磨工藝，分別組成2套粉磨系統(tǒng)。在廠院雙方精心配合下，于2004年7月正式投產(chǎn)，經(jīng)標(biāo)定，PO.42.5普通硅酸鹽水泥比表面積350m2/kg左右，系統(tǒng)平均生產(chǎn)能力140t/h，粉磨電耗29kWh/t，系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)全面優(yōu)于設(shè)計(jì)指標(biāo)。在全國建材行業(yè)第12次優(yōu)秀工程設(shè)計(jì)評選中獲得(部級)優(yōu)秀工程設(shè)計(jì)二等獎(jiǎng)。
1 設(shè)計(jì)原則和主要設(shè)備配置
1.1 設(shè)計(jì)原則及要求
永定及周邊地區(qū)現(xiàn)有多條立窯生產(chǎn)線，由于其生產(chǎn)工藝落后，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)失調(diào)，對環(huán)境造成的污染較大，市場對新型干法水泥的需求也受到制約。因此，該粉磨站將環(huán)境保護(hù)和生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)水泥作為設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想，力求在提高水泥產(chǎn)品檔次的同時(shí)，通過綜合防治措施，控制粉塵、廢氣排放量低于國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限值，最大程度地改善本地區(qū)的環(huán)境條件。
粉磨站占地面積36968 m2，粉磨系統(tǒng)采用HFCG輥壓機(jī)+SF打散分級機(jī)+開流高細(xì)高產(chǎn)篩分磨等先進(jìn)技術(shù)裝備集成的新型擠壓聯(lián)合粉磨工藝，設(shè)計(jì)指標(biāo)為：PO.42.5普通硅酸鹽水泥比表面積320±10m2/kg，系統(tǒng)產(chǎn)量65 t/h×2，電耗32kWh/t，粉塵排放濃度≤50mg/Nm3。工程設(shè)計(jì)包括石膏及混合材破碎、配料系統(tǒng)、水泥庫及發(fā)散、水泥包裝及成品堆放和自動化控制系統(tǒng)等生產(chǎn)環(huán)節(jié)?？偲矫娌贾靡蟊M量利用場地地形，合理布局、簡潔流暢，降低工程造價(jià);安全防護(hù)到位、消防設(shè)施齊全;并充分利用工業(yè)廢渣，擴(kuò)大綜合利用資源，降低生產(chǎn)成本?？偲矫鎴D見圖1。
1.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容及主機(jī)設(shè)備選型
擠壓系統(tǒng)采用2臺HFCG120-45輥壓機(jī)和2臺SF500/100打散分級機(jī)配套。擠壓聯(lián)合粉磨技術(shù)是現(xiàn)代水泥生產(chǎn)極受推崇的先進(jìn)生產(chǎn)工藝，其利用高壓料床粉碎原理大幅度減小入磨物料粒度及其改善易磨性的作用，為后續(xù)粉磨實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)節(jié)能奠定基礎(chǔ)。打散分級機(jī)的分級粒度設(shè)計(jì)為<2.5mm，較大顆粒返回?cái)D壓機(jī)重新擠壓，使入磨物料粒度更趨均齊，以此提高粉磨效率。
水泥粉磨由2臺Φ3.2×13m開流高細(xì)高產(chǎn)磨分別與擠壓系統(tǒng)配套，擠壓物料經(jīng)計(jì)量配料從磨機(jī)粗磨倉進(jìn)入細(xì)磨倉的過程，均通過篩分裝置攔截粗顆粒，因而這種開流粉磨實(shí)際具有閉路系統(tǒng)中選粉機(jī)的作用，故磨機(jī)所需的能量小，增產(chǎn)幅度較大。設(shè)計(jì)中考慮到擠壓后的物料粒度小，加之各倉篩分裝置對粗顆粒的攔截，細(xì)磨倉的作用不再取決于研磨體的沖擊力而是研磨的次數(shù)。故在原有微型研磨體的基礎(chǔ)上調(diào)整了研磨體的球徑及配比，以增加研磨體的個(gè)數(shù)，提高對物料的研磨次數(shù)來確保粉磨的效率。
生產(chǎn)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)選用高速工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)，由DCS計(jì)算機(jī)中央集中控制，全線設(shè)一個(gè)中控室，各工段分設(shè)自控室，通過中控室可完成生產(chǎn)過程參數(shù)的檢測監(jiān)控和各設(shè)備的順序邏輯控制。DCS系統(tǒng)由操作控制級和過程控制級兩級組成，共設(shè)二個(gè)操作站和一個(gè)工程師站以及水泥粉磨系統(tǒng)、儲存包裝系統(tǒng)等兩個(gè)控制站?？刂栖浖镾IEMANS(PCS7)。系統(tǒng)采取集中管理、各車間分散控制，工程電氣自動控制水平較高，操作生產(chǎn)管理方便，有利于穩(wěn)定工藝參數(shù)和生產(chǎn)過程，保證生產(chǎn)設(shè)備安全運(yùn)行，因而大幅度提高了勞動生產(chǎn)率。
配料系統(tǒng)配置5個(gè)Φ10×20m園庫，采用調(diào)速定量皮帶稱庫底配料，并設(shè)永磁除鐵裝置和金屬探測裝置，防止金屬塊進(jìn)入擠壓機(jī)。水泥儲存、包裝和散裝發(fā)送為10個(gè)Φ10×30m園庫，總儲存量為20000噸，庫兩側(cè)共布置8臺散裝機(jī)，可保證80%的水泥成品散裝發(fā)送;袋裝成品庫48×72m，配置8嘴回轉(zhuǎn)包裝機(jī)2臺，設(shè)計(jì)包裝能力240t/h，袋裝出廠能力占總產(chǎn)量約20%。
擠壓聯(lián)合粉磨工藝見圖3，物料經(jīng)輥壓機(jī)擠壓成料餅，再由打散分級機(jī)打散分級，合格粒徑的物料送入球磨機(jī)開流粉磨至成品，粗粉則返回稱重倉循環(huán)擠壓、粉磨。
這種工藝最大程度的體現(xiàn)了系統(tǒng)各設(shè)備的分工明確和優(yōu)勢互補(bǔ)。例如：輥壓機(jī)的料床粉磨原理使物料擠壓的粒度控制到最佳化，為后續(xù)磨機(jī)的粉磨提供了適宜的粒度分布;打散分級機(jī)既控制細(xì)粉達(dá)到入磨粒度的均勻，其粗顆粒則返回輥壓機(jī)，促進(jìn)了輥壓機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性;球磨機(jī)則依賴于前者的有效控制，得以大幅度提高產(chǎn)量、降低電耗。各設(shè)備相互協(xié)調(diào)，構(gòu)成一個(gè)完整的高效粉磨系統(tǒng)。
這種聯(lián)合粉磨工藝，國內(nèi)外大多輥壓機(jī)、球磨機(jī)均為閉路，采用常規(guī)球磨機(jī)由于受結(jié)構(gòu)性能的限制，其增產(chǎn)節(jié)能主要通過減小入磨粒度以減輕磨機(jī)的壓力來實(shí)現(xiàn)，成品仍依靠選粉機(jī)獲得，因而工藝仍較復(fù)雜，投資相對較高。帶高細(xì)高產(chǎn)磨的擠壓聯(lián)合粉磨工藝則彌補(bǔ)了這一不足，其輥壓機(jī)為閉路，球磨機(jī)為開路，因此，工藝相對簡化、可節(jié)省選粉機(jī)設(shè)備和土建投資，增產(chǎn)節(jié)電效果更更顯著。
1.3 系統(tǒng)主機(jī)配置(見表1)
表1 系統(tǒng)主要設(shè)備配置
| 設(shè)備名稱規(guī)格型號 | 功率 (kW) | 數(shù)量 (臺) |
|
石膏顎式破碎機(jī) PE500×50 生產(chǎn)能力： 20～50 m3/h |
55 | 1 |
| 螺旋定量給料稱 WLC-300-II-20 給料量：6～30 t/h | 3×2 | 2 |
| 調(diào)速定量給料稱 TDG（sk）0520 給料量：0.4～5 t/h | 1.5×2 | 2 |
| 調(diào)速定量給料稱 TDG（sk）0620 給料量：5～40 t/h | 1.5×4 | 4 |
| 調(diào)速定量給料稱 TDG（sk）0817 給料量：30～80 t/h | 1.5×2 | 2 |
| 輥壓機(jī)HFCG120-45 處理量：120～170t/h | 2×220×2 | 2 |
| 打散分級機(jī) SF500/100 處理量：90～150t/h | （30＋45）×2 | 2 |
| 水泥磨 Φ3.2×13m 生產(chǎn)能力：～65t/h | 1600×2 | 2 |
2 生產(chǎn)運(yùn)行與效果評價(jià)
該粉磨站從設(shè)計(jì)、施工到投產(chǎn)，僅用一年時(shí)間即實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)達(dá)產(chǎn)。投產(chǎn)一年多來的生產(chǎn)表明，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，主機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)率達(dá)92%以上。PO.42.5普通硅酸鹽水泥比表面積在~350m2/kg時(shí)，磨機(jī)單機(jī)臺時(shí)產(chǎn)量平均70t/h，超過設(shè)計(jì)指標(biāo)8%;粉磨電耗29kWh/t，比設(shè)計(jì)指標(biāo)降低9%。平均日生產(chǎn)水泥3360t，實(shí)際年產(chǎn)能力達(dá)到112萬噸，取得了顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。以電費(fèi)0.45元/kWh，噸產(chǎn)品電耗相對于傳統(tǒng)粉磨工藝節(jié)電10 kWh/t為例，年節(jié)約電費(fèi)即可達(dá)540萬元。主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)驗(yàn)收結(jié)果見表2。
表2 工程設(shè)計(jì)和驗(yàn)收指標(biāo)
| 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo) | 設(shè)計(jì)值 | 年平均考核驗(yàn)收值 |
| 系統(tǒng)產(chǎn)量 t/h | 130 | 140 |
| 粉磨電耗 kWh/t | 32 | 29 |
| 噸水泥電耗 kWh/t | 38 | ～32 |
| 比表面積 m2/kg | 320 | 350 |
| 粉塵排放濃度mg/Nm3 | 50 | 50 |
為有效控制粉塵排放量，設(shè)計(jì)尤其注重于生產(chǎn)中的揚(yáng)塵防護(hù)，如采用密閉式輸送設(shè)備;膠帶機(jī)盡量降低輸送落差;粉狀物料均采用密閉圓庫儲存，以減少粉塵外逸。對所有25個(gè)粉塵排放點(diǎn)均設(shè)置氣箱脈沖袋收塵器或脈噴單機(jī)袋式收塵器，處理廢氣量達(dá)23.66萬m3/h，上述措施確保了粉塵排放濃度達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)。電氣與自動化設(shè)計(jì)配置合理，使工廠的生產(chǎn)控制管理提升到較先進(jìn)的水平。
生產(chǎn)線采用DCS分散式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，生產(chǎn)過程的所有參數(shù)狀態(tài)均可通過中控室的顯示屏進(jìn)行過程的鍵盤操作控制，并可通過更改軟件實(shí)現(xiàn)各種控制方式的配置，有效提高了系統(tǒng)的可靠性、靈活性和工廠的管理、控制水平。
全廠分區(qū)功能明確，布局協(xié)調(diào)統(tǒng)一，建構(gòu)筑物布置緊湊，生產(chǎn)生活設(shè)施完備。充分利用了該廠場地地勢設(shè)計(jì)標(biāo)高，既減少了土方量，也留置了適宜的縱坡，滿足了南方地區(qū)多雨時(shí)節(jié)的排水要求;廠內(nèi)外運(yùn)輸流線與銜接合理，物流順暢，互不干擾;廠區(qū)安全、衛(wèi)生、消防檢修、管線敷設(shè)等設(shè)備設(shè)施配套齊全，具備了清潔生產(chǎn)和文明生產(chǎn)的基本環(huán)境條件。
上述設(shè)計(jì)，從工藝設(shè)備和生產(chǎn)指標(biāo)的先進(jìn)性、廠區(qū)功能配置的完善性、環(huán)保和自動控制的可靠性，體現(xiàn)了現(xiàn)代水泥生產(chǎn)的特點(diǎn)。值得參考借鑒。
